ICSCCS13.240C65團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CCSAS049.2—2023石油化工企業(yè)安全泄放評(píng)估技術(shù)規(guī)范第2部分:氣液兩相流安全泄放技術(shù)要求Technicalspecificationforpressure-reliefassessmentofpetrochemicalenterprises—Part2:Technicalspecificationforpressure-reliefofgas/liquidtwo-phaseflow2023-12-25發(fā)布2023-12-25實(shí)施中國化學(xué)品安全協(xié)會(huì)T/CCSAS049.2—2023前言 Ⅰ引言 Ⅱ1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14基本要求 25泄放裝置與管線設(shè)計(jì) 36泄放尺寸計(jì)算 37泄放物料處置系統(tǒng) 6附錄A(規(guī)范性)安全泄放系統(tǒng)尺寸設(shè)計(jì)的流程 7附錄B(規(guī)范性)泄放類型的確定 8附錄C(規(guī)范性)是否發(fā)生兩相流的判斷方法 10附錄D(規(guī)范性)泄放計(jì)算所需信息 13附錄E(規(guī)范性)泄放量計(jì)算 14附錄F(規(guī)范性)兩相流泄放能力計(jì)算 18參考文獻(xiàn) 23ⅠT/CCSAS049.2—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是T/CCSAS049《石油化工企業(yè)安全泄放評(píng)估技術(shù)規(guī)范》的第2部分。T/CCSAS049已經(jīng)發(fā)布了以下部分:—第1部分:泄放評(píng)估總則;—第2部分:氣液兩相流安全泄放技術(shù)要求。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國化學(xué)品安全協(xié)會(huì)提出并歸口。本文件起草單位:中石化安全工程研究院有限公司、中石化國家石化項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)中心有限公司、中石化(寧波)安全科技有限公司、中石化寧波工程有限公司。ⅡT/CCSAS049.2—2023壓力泄放系統(tǒng)是保護(hù)設(shè)備免遭超壓破壞的最后一道安全屏障。泄放過程中物料可能是由氣相或液相組成的單相流體,也可能是氣-液兩相混合流體等。相比氣相流體的泄放,兩相流泄放過程物料的泄放量及相態(tài)會(huì)發(fā)生改變,這對(duì)泄放通道尺寸、泄放設(shè)備選型與泄放物料處置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)影響較大,因此在開展泄放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之前,應(yīng)識(shí)別泄放過程是否可能出現(xiàn)兩相流。本文件詳細(xì)規(guī)定了兩相流的識(shí)別、計(jì)算方法,提出了針對(duì)兩相流的泄放設(shè)備選型、泄放物料處置系統(tǒng)設(shè)計(jì)等要求。本文件擬由2個(gè)部分構(gòu)成?！?部分:泄放評(píng)估總則。主要明確開展安全泄壓設(shè)施泄放評(píng)估的范圍、評(píng)估原則、評(píng)估方法和評(píng)估報(bào)告編制要求?！?部分:氣液兩相流安全泄放技術(shù)要求。主要明確在安全泄壓設(shè)施存在兩相流工況下的基本要求、泄放裝置與管線設(shè)計(jì)、泄放尺寸計(jì)算、泄放物料處置要求。1T/CCSAS049.2—2023石油化工企業(yè)安全泄放評(píng)估技術(shù)規(guī)范第2部分:氣液兩相流安全泄放技術(shù)要求1范圍本文件規(guī)定了石油化工企業(yè)以及油氣儲(chǔ)存企業(yè)氣液兩相流安全泄放評(píng)估基本要求、泄放裝置與管線設(shè)計(jì)、泄放尺寸計(jì)算及泄放物處置系統(tǒng)等方面的要求。本文件適用于石油化工企業(yè)以及油氣儲(chǔ)存企業(yè)壓力容器涉及氣液兩相流的泄放裝置設(shè)計(jì)與評(píng)估。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。HG/T20570.2—1995安全閥的設(shè)置和選用SH3009石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范SH/T3210—2020石油化工裝置安全泄壓設(shè)施工藝設(shè)計(jì)規(guī)范API526鋼制法蘭連接泄壓閥(FlangedSteelPressure-reliefValves)3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。設(shè)定壓力setpressure在使用條件下,設(shè)定的安全泄放裝置開啟壓力。注:設(shè)定壓力簡稱定壓。3.2泄放量massflowrateofrelieving在維持設(shè)備內(nèi)的壓力不超過其規(guī)定壓力值的前提下,設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)從泄放口泄放出去的流體量。3.3泄放能力relievingcapacity在安全泄放裝置處于泄放壓力與泄放溫度條件下的全開狀態(tài)時(shí),能夠從泄放口在單位時(shí)間、單位面積內(nèi)泄放出去的流體量。3.4臨界充裝比criticalfillingthreshold發(fā)生兩相流的最小初始充裝體積與系統(tǒng)總?cè)莘e之比。3.5泄放體系的類型typesofreliefsystem根據(jù)泄放體系壓力來源,以及泄放過程壓力-溫度的關(guān)系。注:泄放體系的類型分為蒸氣體系、氣體體系和混合體系。2T/CCSAS049.2—20233.6兩相流泄放的一種理想模型,假設(shè)液相和氣相混合均勻、相間無滑移、相間滿足熱平衡和氣液平衡。3.7阻塞流chokedflow可壓縮流體流經(jīng)泄壓裝置、管道或其他裝置時(shí)不受下游壓力或背壓影響的一種狀態(tài)。注:質(zhì)量流率只取決于上游條件。這可發(fā)生于氣體/蒸氣或兩相流體系中,也指臨界流。3.8臨界流壓力criticalflowpressure可壓縮流體流經(jīng)泄放裝置、管道或其他裝置時(shí)不受下游壓力或背壓影響時(shí)的流動(dòng)壓力。3.9背壓backpressure安全泄放裝置出口處壓力,排放背壓與附加背壓的總和。泄放系數(shù)dischargecoefficient由通過同一制造商類型的試驗(yàn)確定的質(zhì)量通量與通過安全裝置的理論上可排放的質(zhì)量通量的比值所確定的修正因子。超過安全泄放裝置設(shè)定壓力的壓力增量,通常用設(shè)定壓力的百分?jǐn)?shù)表示。泄放壓力relievingpressure設(shè)定壓力加超壓,也稱排放壓力。4基本要求4.1對(duì)于獨(dú)立的壓力系統(tǒng)(定義見SH/T3210—2020),應(yīng)開展非正常工況下的超壓分析,確定可能導(dǎo)致系統(tǒng)壓力超出設(shè)計(jì)壓力的危險(xiǎn)工況。4.2應(yīng)設(shè)計(jì)足夠尺寸的安全泄放裝置,保證所有工況下超壓不超過SH/T3210—2020中第6章規(guī)定的值。4.3若某超壓工況下所需泄壓尺寸過大而無法工程實(shí)施,應(yīng)通過變更工藝或設(shè)備(如改變工藝條件,提高容器設(shè)計(jì)壓力、控制泄壓等)避免該超壓工況出現(xiàn),或者通過與安全泄放裝置同等可靠性的安全儀表系統(tǒng)替代安全泄放裝置。4.4在需要安裝安全泄放裝置的場(chǎng)景,應(yīng)至少有一個(gè)泄放裝置的開啟壓力不高于壓力容器的設(shè)計(jì)壓力,對(duì)于壓力劇烈升高或存在反應(yīng)失控危險(xiǎn)的體系,在不影響正常運(yùn)行前提下宜盡量降低設(shè)定壓力。4.5當(dāng)通過安全泄放裝置的流體為處于氣液混合相態(tài)或氣液平衡的液相時(shí),應(yīng)按照兩相流工況進(jìn)行安全泄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)。4.6當(dāng)反應(yīng)、混合、分離或儲(chǔ)運(yùn)等設(shè)備中正在或可能發(fā)生放熱或者放出氣體的反應(yīng),存在反應(yīng)失控風(fēng)險(xiǎn)時(shí),泄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)宜考慮化學(xué)反應(yīng)失控超壓工況。4.7應(yīng)設(shè)計(jì)能夠滿足最大瞬時(shí)泄放速率與總泄放量處理要求的泄放物料處置系統(tǒng),滿足氣液兩相流超壓工況下的泄放物料排放要求。3T/CCSAS049.2—20235泄放裝置與管線設(shè)計(jì)5.1針對(duì)氣液兩相流的泄放裝置可選用安全閥與爆破片,安全閥可選類型包括彈簧直接載荷式安全閥、平衡式安全閥與先導(dǎo)式安全閥。5.2針對(duì)氣液兩相流泄放,如果入口處氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于50%時(shí),宜選用供液體(或液體和氣體)用的安全閥。5.3安全閥背壓小于設(shè)定壓力的10%時(shí),宜選用彈簧直接載荷式安全閥;安全閥背壓在設(shè)定壓力的10%~50%之間時(shí),宜選用平衡式安全閥;當(dāng)安全閥背壓大于設(shè)定壓力的50%時(shí),宜選用先導(dǎo)式安全閥。5.4當(dāng)由于閃蒸或兩相流而導(dǎo)致背壓增加過大或無法預(yù)測(cè)時(shí),宜使用平衡式或先導(dǎo)式安全閥。5.5反應(yīng)失控導(dǎo)致系統(tǒng)壓力快速增長時(shí),宜選擇爆破片。5.6系統(tǒng)需要的安全泄放量大而導(dǎo)致安全閥選型困難時(shí),宜選擇爆破片。5.7物料中存在腐蝕性氣體或液體時(shí),宜選擇爆破片。5.8涉及聚合反應(yīng)時(shí),宜選擇爆破片。5.9物料中存在固體顆?；蝠ざ容^大時(shí),宜選擇爆破片。5.10安全閥應(yīng)直立安裝,當(dāng)安全閥進(jìn)出口管道上設(shè)有切斷閥,且切斷閥為閘閥時(shí),閥桿應(yīng)水平安裝。5.11爆破片和爆破片、爆破片和安全閥串聯(lián)使用時(shí),爆破片與安全閥之間的腔體應(yīng)設(shè)置排氣閥,壓力表或其他報(bào)警指示器。5.12安全閥入口管線壓力損失應(yīng)不超過安全閥設(shè)定壓力的3%。6泄放尺寸計(jì)算6.1適用條件泄放尺寸計(jì)算采用單組分氣液混合物的均質(zhì)平衡模型,計(jì)算適用條件如下:a)閃蒸流:最大累積壓力下溫度與臨界溫度比值不宜超過0.9,最大累積壓力與臨界壓力比值不宜超過0.5;b)多組分閃蒸流:在多組分閃蒸體系中,各組分沸程差不宜超過100K;c)冷凝流:泄壓過程氣體冷凝產(chǎn)生兩相流,需采用VanderWaals方程、Peng-Robinson方程等真實(shí)氣體狀態(tài)方程來描述氣體的狀態(tài),并考慮氣體冷凝過程中釋放的能量;d)反應(yīng)失控體系:反應(yīng)失控過程溫升速率不宜超過2K/s,壓升速率不宜超過20kPa/s。計(jì)算不適用液體中溶解大量氣體的體系以及存在不可混溶液體的體系(如乳液聚合)。6.2設(shè)計(jì)/評(píng)估流程安全泄放系統(tǒng)尺寸設(shè)計(jì)的流程按附錄A,包括下列步驟:步驟1:識(shí)別可能的超壓工況。應(yīng)識(shí)別裝置運(yùn)行時(shí)所有合理的可能異常與事故狀態(tài),以確定閥門的泄放設(shè)計(jì)工況。步驟2:確定泄放管路系統(tǒng)入口的流體相態(tài)。步驟3:計(jì)算需要的泄放量。步驟4:計(jì)算泄放系統(tǒng)的泄放能力和壓力變化。應(yīng)考察進(jìn)出口管道對(duì)泄放能力的影響。步驟5:泄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)考察安全閥可能出現(xiàn)的高頻顫振情況,以避免閥門、進(jìn)出口管道的損壞。4T/CCSAS049.2—20236.3識(shí)別超壓工況6.3.1各類設(shè)備潛在超壓工況的確定方法見T/CCSAS049.1。6.3.2兩個(gè)或兩個(gè)以上毫無關(guān)聯(lián)的超壓工況可不考慮同時(shí)發(fā)生。6.3.3導(dǎo)致反應(yīng)失控的非正常工況,包括但不限于以下情況:a)錯(cuò)誤的加料順序;b)冷卻失效;c)攪拌失效或失效后重啟攪拌器;d)反應(yīng)物污染;e)加料過快;f)加料延遲;g)溫度過低或過高;h)非預(yù)期反應(yīng);i)濃縮或局部富集;j)低沸點(diǎn)溶劑的揮發(fā);k)加熱器關(guān)閉失效;l)循環(huán)中斷(如環(huán)管式反應(yīng)器軸流泵故障停等);m)外部火災(zāi)。6.4判斷泄放裝置入口的流體相態(tài)特征6.4.1初步判斷6.4.1.1可能產(chǎn)生兩相流的工況如下:a)所有反應(yīng)失控工況;b)表面熱量輸入(火災(zāi)、日照、加熱介質(zhì)等)工況;c)容器下部氣體竄壓工況;d)高溫流體(高于物料沸點(diǎn))竄壓工況;e)換熱器內(nèi)漏工況;f)涉及超臨界狀態(tài)流體;g)其他可能同時(shí)出現(xiàn)氣體與液體的場(chǎng)合。注:a)、b)、c)、d)條件下,需同時(shí)滿足容器內(nèi)初始液位超過臨界充裝比,才會(huì)發(fā)生兩相流,見ISO/DIS4126-10。6.4.1.2容器內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)類型有以下3種。a)均質(zhì)型:氣泡均勻致密,一般總是發(fā)生兩相流。b)氣泡型:氣泡小而分散,以較慢的速度上升,易發(fā)生兩相流。黏度≥100cP的物料體系傾向于氣泡型。c)攪混型:氣泡相互結(jié)合形成大氣泡,上升速度較快。相同的氣相速率,攪混型的液位升高小于氣泡型的液位升高程度,故相比氣泡型不易發(fā)生兩相流泄放。黏度<100cP的物料體系傾向于攪混流。6.4.1.3應(yīng)判斷氣體或蒸氣是在內(nèi)部產(chǎn)生(如反應(yīng)),還是在壁面產(chǎn)生(如火災(zāi)工況、夾套加熱等),對(duì)于內(nèi)部產(chǎn)生氣體或蒸氣的體系,泄放過程更易產(chǎn)生兩相流。6.4.2反應(yīng)失控工況流體相態(tài)判斷6.4.2.1反應(yīng)失控泄放體系的類型有如下3種。5T/CCSAS049.2—2023a)蒸氣體系:體系的壓力主要由蒸氣壓產(chǎn)生,泄放時(shí)通過氣化或閃蒸從液相中移走熱量,溫度與壓力上升或下降趨勢(shì)一致。蒸氣體系為調(diào)節(jié)體系。b)氣體體系:產(chǎn)生不凝性氣體(例如通過化學(xué)反應(yīng)或溶液解吸),并且在泄放條件下不會(huì)通過蒸發(fā)從液體中移走大量的能量,壓力下降可能不會(huì)導(dǎo)致溫度下降。氣體體系為非調(diào)節(jié)體系。c)混合體系:在泄放條件下,系統(tǒng)內(nèi)壓力是由產(chǎn)生的不凝性氣體和蒸氣共同作用的結(jié)果?；旌象w系如果泄放時(shí)溫度與壓力上升或下降趨勢(shì)一致,則為調(diào)節(jié)混合體系;混合體系如果泄放時(shí)隨著壓力下降不會(huì)導(dǎo)致溫度下降,則為非調(diào)節(jié)混合體系。6.4.2.2反應(yīng)失控工況泄放計(jì)算時(shí),應(yīng)首先確定反應(yīng)泄放的類型,確定反應(yīng)泄放類型的試驗(yàn)方法。按附錄B確定泄放類型。6.4.2.3兩相流的臨界充裝比計(jì)算按下述規(guī)定:a)反應(yīng)失控工況下,應(yīng)確定泄放體系的類型,計(jì)算氣體/蒸氣通過液體表面的速率;b)計(jì)算產(chǎn)生兩相流的臨界充裝比,采用附錄C中C.1所述算法。6.4.3外部加熱/火災(zāi)工況流體相態(tài)判斷外部加熱/火災(zāi)工況下,低黏液體產(chǎn)生兩相流的臨界充裝比,采用C.2所述算法。6.5計(jì)算泄放量6.5.1反應(yīng)失控工況6.5.1.1對(duì)于反應(yīng)失控產(chǎn)生的兩相流,泄放計(jì)算所需試驗(yàn)數(shù)據(jù)按附錄D。6.5.1.2對(duì)于均質(zhì)兩相流泄放,采用附錄E中E.1所述的計(jì)算方法。6.5.1.3對(duì)于非均質(zhì)兩相流,采用E.1所述的計(jì)算方法,其中蒸氣型與調(diào)節(jié)混合型結(jié)果偏保守;氣體型與非調(diào)節(jié)混合型應(yīng)進(jìn)一步評(píng)估是否可能出現(xiàn)濃縮現(xiàn)象與二次失控。6.5.1.4對(duì)于氣體型兩相流泄放,應(yīng)檢查初始泄放后殘留在容器內(nèi)的物料是否可能出現(xiàn)濃縮現(xiàn)象與二次失控,泄放裝置應(yīng)保護(hù)到可能的二次失控工況。6.5.2外部加熱/火災(zāi)工況對(duì)于外部加熱/火災(zāi)工況下產(chǎn)生的兩相流,采用E.2所述計(jì)算方法。6.6確定泄放尺寸6.6.1一般原則6.6.1.1泄放管線系統(tǒng)的泄放能力計(jì)算需考慮泄放管線組件及流體阻力的影響,主要包括進(jìn)料管線、安全閥或爆破片以及出口管線。6.6.1.2用于兩相流/可壓縮流體的壓力泄放閥,根據(jù)流體是臨界流動(dòng)還是亞臨界流動(dòng)分為兩大類。如果閥嘴下游的壓力小于或等于臨界流動(dòng)壓力,將會(huì)產(chǎn)生臨界流動(dòng);如果下游的壓力大于臨界流動(dòng)壓力,將會(huì)產(chǎn)生亞臨界流動(dòng),需對(duì)泄放能力采用背壓校正系數(shù)Kb進(jìn)行校正。6.6.1.3根據(jù)API526,選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的安全閥及進(jìn)出管口徑。6.6.2泄放能力計(jì)算模型6.6.2.1簡化平衡速率模型(ERM)適用于蒸氣型兩相流泄放能力的計(jì)算,實(shí)際泄放能力需要根據(jù)出口管道進(jìn)行修正,計(jì)算方法按附錄F中F.1。6.6.2.2Tangren法適用于氣體型兩相流泄放能力的計(jì)算,僅適用無摩擦流動(dòng),因此需要用Omega(ω)法對(duì)摩擦效應(yīng)進(jìn)行修正,計(jì)算方法按F.2。66.6.3.3泄放面積的計(jì)算公式按附錄F。7泄放物料處置系統(tǒng)T/CCSAS6.6.3.3泄放面積的計(jì)算公式按附錄F。7泄放物料處置系統(tǒng)6.6.2.3泄放能力計(jì)算宜采用基于均質(zhì)平衡模型(HEM)的ω方法,計(jì)算過程見F.3。6.6.3確定面積6.6.3.1安全裝置的理論泄放能力大于實(shí)際泄放能力,應(yīng)采用排放系數(shù)Kd進(jìn)行校正。1.0,爆破片與壓力泄放閥組合安裝且該組合無已公布的數(shù)值時(shí)校正系數(shù)Kc=0.9。6.6.3.2壓力泄放閥上游帶爆破片的裝置的組合時(shí)需要進(jìn)行校正,未安裝爆破片時(shí)校正1.0,爆破片與壓力泄放閥組合安裝且該組合無已公布的數(shù)值時(shí)校正系數(shù)Kc=0.9。7.1可燃?xì)怏w排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足SH3009的規(guī)定。7.2對(duì)于無毒、無腐蝕性、不燃、不會(huì)造成公眾影響或危害的物質(zhì)可直接排放至大氣中,排放過程應(yīng)受7.3易燃的氣液兩相流體不宜直接排大氣,應(yīng)采取完全收集、洗滌或焚燒的方式處置。7.4外部安全收集裝置應(yīng)設(shè)計(jì)具有足夠的強(qiáng)度以承受泄放過程中產(chǎn)生的最大壓力。7.5對(duì)于氣液混合物應(yīng)根據(jù)混合物的物理化學(xué)性質(zhì)、氣液比例、擴(kuò)散度、液滴尺寸、尺寸分布等選取氣液分離裝置。在缺乏上述信息的情況下,可通過試驗(yàn)或計(jì)算的方式進(jìn)行判斷,計(jì)算過程宜考慮壓力降、最小流率、結(jié)污能力、腐蝕性等因素。7.6對(duì)于高溫、含有毒物質(zhì)或活性物質(zhì)的泄放物宜采用淬熄池對(duì)其進(jìn)行必要的冷卻、稀釋或活性抑制。7.7選擇淬熄液需考慮熱參數(shù)、物性、成本、安全性、回收利用等因素。一般情況下,水為最佳選擇,對(duì)于反應(yīng)體系,必要時(shí)應(yīng)添加反應(yīng)抑制劑、抑泡劑、防凍液等,具體方案應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定。7.8當(dāng)泄放物存在冷凝、反應(yīng)、溶解等作用,或含有高濃度不凝氣、多級(jí)接觸或低壓時(shí),應(yīng)采用洗滌塔進(jìn)行洗滌。7.9火炬進(jìn)料為氣液混合物時(shí),應(yīng)控制液滴直徑小于300μm~600μm,不宜大于150μm,防止形成火雨。7T/CCSAS049.2—2023附錄A(規(guī)范性)安全泄放系統(tǒng)尺寸設(shè)計(jì)的流程安全泄放系統(tǒng)尺寸設(shè)計(jì)的流程見圖A.1。圖A.1安全泄放系統(tǒng)尺寸設(shè)計(jì)的流程8T/CCSAS049.2—2023附錄B(規(guī)范性)泄放類型的確定B.1確定反應(yīng)失控泄放類型的試驗(yàn)方法確定反應(yīng)失控泄放類型的試驗(yàn)方法見圖B.1。圖B.1反應(yīng)失控泄放類型的試驗(yàn)確定方法B.2測(cè)試工具反應(yīng)失控泄放類型的確定一般需要模擬工業(yè)容器內(nèi)失控反應(yīng)過程,通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行判定。為了滿足試驗(yàn)數(shù)據(jù)與工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)相一致的要求,試驗(yàn)儀器應(yīng)能夠模擬絕熱環(huán)境,與工業(yè)裝置的熱惰性值?相近(一般要求小于1.1),并能模擬工業(yè)裝置的加料、加熱與攪拌等條件,對(duì)反應(yīng)過程的壓力和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量。絕熱量熱儀原理圖如圖B.2所示,可實(shí)現(xiàn)開口式、閉口式和外部泄放等多種試驗(yàn)方式。圖B.2絕熱量熱儀原理9T/CCSAS049.2—2023B.3閉口試驗(yàn)在進(jìn)行閉口試驗(yàn)時(shí),關(guān)閉加料/泄放口以及排氣口,通過測(cè)量密閉的反應(yīng)池內(nèi)的壓力和溫度變化情況,根據(jù)閉口試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制logP對(duì)應(yīng)-1/T曲線,如果數(shù)據(jù)成一直線,表明該反應(yīng)系統(tǒng)的壓力完全由蒸氣壓產(chǎn)生,進(jìn)而可判定此反應(yīng)體系的泄放類型為蒸氣泄放型。如果閉口試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)呈曲線而非直線,則表明體系的泄放類型為氣體或混合型泄放。然而,對(duì)于蒸氣壓系統(tǒng)的物性具有非理性或體系物質(zhì)由多組分組成具有較寬的沸程,這種情況下即使體系屬于蒸氣型泄放,但logP對(duì)應(yīng)-1/T曲線呈現(xiàn)曲線而非直線。B.4開口試驗(yàn)在進(jìn)行開口試驗(yàn)時(shí),反應(yīng)池與承壓釜相連通,承壓釜完全密封并且關(guān)閉供氮系統(tǒng)。試驗(yàn)過程中通過實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)體系的壓力變化,如果體系的壓力升高則表明有不凝性氣體產(chǎn)生,可確定該體系的泄放類型為氣體型或混合型;相反,如果測(cè)試體系的壓力保持不變則表明該體系為蒸氣型泄放。對(duì)于氣體型或混合型泄放,如果溫度保持一恒定數(shù)值不變,則表明反應(yīng)體系為調(diào)節(jié)的;相反,如果反應(yīng)體系的溫度持續(xù)升高,則表明反應(yīng)體系為非調(diào)節(jié)的。如果反應(yīng)體系為調(diào)節(jié)型的,試驗(yàn)需要持續(xù)加溫直至反應(yīng)結(jié)束,如果體系含有易揮發(fā)溶劑,試驗(yàn)過程中因易揮發(fā)溶劑的蒸干則會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)體系由調(diào)節(jié)型轉(zhuǎn)變?yōu)榉钦{(diào)節(jié)型。10T/CCSAS049.2—2023附錄C(規(guī)范性)是否發(fā)生兩相流的判斷方法C.1反應(yīng)失控反應(yīng)失控場(chǎng)景下,反應(yīng)產(chǎn)生的蒸氣或氣體占據(jù)了液相的體積,導(dǎo)致整體液位的升高,當(dāng)液位升高至氣相出口時(shí),便發(fā)生兩相流泄放。下面的計(jì)算程序用于判斷反應(yīng)失控場(chǎng)景下是否發(fā)生兩相流,適用于立式圓柱形容器。所有物性數(shù)據(jù)均為泄放壓力下數(shù)據(jù)。C.1.2計(jì)算蒸氣與/或氣體釋放量產(chǎn)生蒸氣與氣體的泄壓工況,總釋放量按式(C.1)計(jì)算:U=Uv+Ug…………(C.1)式中:U—總釋放量,單位為千克每秒(kg/s);Uv—蒸氣釋放速率,單位為千克每秒(kg/s);Ug—?dú)怏w釋放速率,單位為千克每秒(kg/s)。由于加熱產(chǎn)生蒸氣的計(jì)算方法,按式(C.2)計(jì)算Uv:Uv=mR·l…………(C.2)式中:mR—反應(yīng)物料量,單位為千克(kg);q—單位質(zhì)量的熱釋放速率,單位為千焦每千克秒[kJ/(kg·s)];hf—?dú)饣瘽摕?單位為千焦每千克(kJ/kg);vg—?dú)庀啾热?單位為立方米每千克(m3/kg);vl—液相比容,單位為立方米每千克(m3/kg)。氣體釋放速率的計(jì)算方法,按式(C.3)計(jì)算Ug:Ug=mRQg…………(C.3)式中:Qg—單位液體物料產(chǎn)生氣體的速率,單位為千克每千克秒[kg/(kg·s)]。C.1.3計(jì)算通過反應(yīng)器橫截面的氣體速率jg￥按式(C.4)計(jì)算通過反應(yīng)器橫截面的氣體速率jg￥:jg￥=式中:jg∞—表面氣體速率,單位為米每秒(m/s);ρv—?dú)怏w密度,單位為千克每立方米(kg/m3);AR—容器橫截面積,單位為平方米(m2)?！?C.4)11T/CCSAS049.2—2023C.1.4計(jì)算氣泡上升速率um按式(C.5)計(jì)算氣泡上升速率um:um=C1/4式中:u∞—?dú)馀萆仙俾?單位為米每秒(m/s);…………(C.5)σl—液體表面張力,單位為千克每二次方秒(kg/s2);ρl—液體密度,單位為千克每立方米(kg/m3);g—重力加速度,取9.8m/s2;C—與流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)的常數(shù),對(duì)于氣泡流,C為1.18;對(duì)于攪混流,C為1.53。C.1.5計(jì)算流動(dòng)導(dǎo)致的無量綱表面氣體速率ΨF按式(C.6)計(jì)算無量綱數(shù)ΨF:ΨF=式中:ΨF—流動(dòng)導(dǎo)致的無量綱表面氣體速率。C.1.6計(jì)算兩相流開始時(shí)的無量綱表面氣體速率液位上升關(guān)系式,對(duì)于氣泡流,按式(C.7)計(jì)算:Ψ=式中: x—平均含氣率;C—對(duì)于氣泡流,C為1.18;對(duì)于均質(zhì)流,C為1.01。 x—平均含氣率,按式(C.8)計(jì)算。x=VT—容器總體積,單位為立方米(m3);VL—液相體積,單位為立方米(m3)。對(duì)于攪混流,按式(C.9)計(jì)算:1-CxΨ=1-Cx式中:C—對(duì)于攪混流,取1.53。C.1.7判斷是否發(fā)生兩相流…………………………(C.6)(C.7)(C.8)(C.9)根據(jù)ΨF與Ψ的大小,即可判斷是兩相流還是單向流:當(dāng)ΨF≥Ψ時(shí),發(fā)生兩相流;當(dāng)ΨF<Ψ時(shí),發(fā)生單向流。12T/CCSAS049.2—2023C.2火災(zāi)工況當(dāng)沸騰是由于壓力系統(tǒng)的物料受外部加熱和流體不發(fā)泡時(shí),氣泡主要在器壁上形成,而不是在液體的體相中。如果設(shè)備內(nèi)部沒有擋板,在容器中形成再循環(huán)模式和兩相流動(dòng)的可能性小于產(chǎn)生均勻分布?xì)馀莸那闆r。以下經(jīng)驗(yàn)方程僅適用于立式圓柱形容器,沒有熱傳遞到容器底部。所有物性數(shù)據(jù)均為泄放壓力下數(shù)據(jù)火災(zāi)工況臨界液位按式(C.10)和式(C.11)計(jì)算:?limit=1-2.2794·10-4·qEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(0),f)iEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(6),e)67(0.089+1.00031·10-7qfire)·式中:?limit—臨界液位;qfire—火災(zāi)工況輸入能量與蒸發(fā)潛熱比;Hl—容器內(nèi)液體高度,單位為米(m);DR—容器直徑,單位為米(m)?！?C.10)qfire=式中:Qfire—火災(zāi)工況能量輸入,單位為千焦每秒(kJ/s);Afire—火災(zāi)工況受熱面積,單位為平方米(m2);ρg—?dú)怏w密度,單位為千克每立方米(kg/m3);hf—汽化潛熱,單位為千焦每千克(kJ/kg);u∞—?dú)怏w上升速率,單位為米每秒(m/s)。QfireAfire…………(C.11)13T/CCSAS049.2—2023(規(guī)范性)泄放計(jì)算所需信息D.1工藝信息:反應(yīng)原理(主反應(yīng)、副反應(yīng)、反應(yīng)影響因素)、物料流程圖(PFD、P&ID)、物料總質(zhì)量、物料組成與含量、操作溫度、操作壓力、操作類型(間歇、半間歇有控制參數(shù)與安全措施等。D.2設(shè)備信息:設(shè)備體積、設(shè)備內(nèi)徑、設(shè)備直管段高度、設(shè)備型式(立式、臥式)、設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力等。D.3泄放系統(tǒng)信息:泄放壓力、泄放裝置類型、出口管線直徑與長度、彎頭等。D.4物性數(shù)據(jù):泄放壓力下的液相密度、液相比熱、兩相比容、兩相密度、潛熱等。D.5反應(yīng)失控試驗(yàn)相關(guān)信息:由化學(xué)反應(yīng)超壓導(dǎo)致的兩相流泄放,應(yīng)獲取反應(yīng)失控過程的溫度與壓力數(shù)據(jù)。14T/CCSAS049.2—2023附錄E(規(guī)范性)泄放量計(jì)算E.1反應(yīng)失控E.1.1蒸氣型泄放(Leung法)以下公式適用于蒸氣體系的均質(zhì)型兩相流泄放,對(duì)于氣泡流與攪混流,該公式結(jié)果是保守可用的。按式(E.1)計(jì)算q值:q=0.5Cl?式中:…………(E.1)q—單位質(zhì)量的熱釋放速率,單位為千焦每千克秒[kJ/(kg·s)];Cl—液相平均比熱,單位為千焦每千克開[kJ/(kg·K)];??dT?÷設(shè)定壓力下溫升速率,單位為開每秒(K/s);èdt?s??dT?÷最大累積壓力下溫升速率,單位為開每秒(K/s)。èdt?m按式(E.2)計(jì)算ΔT:式中:ΔT=Tm-Ts…………………(E.2)ΔT—與超壓有關(guān)的溫度增量,單位為開(K);Tm—最大累積壓力下溫度,單位為開(K);Ts—設(shè)定壓力下溫度,單位為開(K)。按式(E.3)計(jì)算W:W=……………(E.3)式中:W—泄放量,單位為千克每秒(kg/s);mR—容器內(nèi)物料質(zhì)量,單位為千克(kg);VR—容器體積,單位為立方米(m3);hf—平均汽化潛熱,單位為千焦每千克(kJ/kg);vgl—平均兩相比容,單位為立方米每千克(m3/kg)。E.1.2氣體型泄放(Leung法)流,該公式結(jié)果可能是不安全的,需要進(jìn)一步評(píng)估。E.1.2.2閉口按式(E.4)計(jì)算Ugmax:Ugmax=m-pm…………(E.4)15T/CCSAS049.2—2023式中:Ugmax—最大氣體產(chǎn)生速率,單位為立方米每秒(m3/s);me—測(cè)試物料質(zhì)量,單位為千克(kg);Va—樣品池空隙,單位為立方米(m3);Ppm—最大壓升速率對(duì)應(yīng)壓力,單位為帕(Pa);Tpm—最大壓升速率對(duì)應(yīng)溫度,單位為開(K);??dP?÷最大壓升速率,單位為帕每秒(Pa/s);èdt?m??dT?÷最大壓升速率對(duì)應(yīng)溫升速率,單位為開每秒(K/s)。èdt?pmE.1.2.3開口按式(E.5)計(jì)算Ugmax:Ugmax=EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up6(V),Pp)EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up6(a),m)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up6(d),d)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up6(P),t)mEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up7(Tpm),Tc)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up7(m),m)EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up6(R),e)式中:Tc—環(huán)境溫度,單位為開(K)。按式(E.6)計(jì)算W:W=Ugmax式中:α0—最大壓升速率時(shí)空隙率?！?E.5)(E.6)E.1.3混合型泄放以下公式適用于調(diào)節(jié)混合型體系的均質(zhì)型兩相流泄放,對(duì)于氣泡流與攪混流,該公式結(jié)果是保守可用的。按式(E.7)計(jì)算W:W=EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up2(V),m)EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up2(R),R)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up2(h),υ)EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up2(f),g)l·EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up2(Pv),Ps)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up16(m),1/)2R(ClΔTH)1/22…………(E.7)式中:EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up6(Pv),Ps)—蒸氣分壓與總壓比值;ΔTH—與超壓有關(guān)的溫度增量,單位為開(K)。下標(biāo)s表示設(shè)定壓力下數(shù)據(jù)。按式(E.8)和式(E.9)計(jì)算EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up6(Pv),Ps):EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up9(P),P)EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up5(v),s)=UUg式中:Uv—蒸氣產(chǎn)生速率,單位為立方米每秒(m3/s);Ug—?dú)怏w產(chǎn)生速率,單位為立方米每秒(m3/s)。Uv=EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up6(mR),ρv)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up7(C),hf)lsEQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up6(dT),dt)s式中:………………(E.8)…………(E.9)ρv—設(shè)定壓力下蒸氣密度,單位為千克每立方米(kg/m3)。16T/CCSAS049.2—2023按式(E.10)、式(E.11)和式(E.12)計(jì)算ΔTH:ΔTH=……(E.10)closed=s+…………(E.11)s……………(E.12)（dT)s（dT)s.:|(dPv)|≈Pv(Pm-Ps)…………………(E13)（dT)sPs(Tm-Ts).式中:Pm—最大累積壓力,單位為帕(Pa);Ps—設(shè)定壓力,單位為帕(Pa)。E.2外部加熱根據(jù)熱傳導(dǎo)形式,Q計(jì)算如下:a)熱傳導(dǎo)過程,按式(E.14)計(jì)算:Qheat=kheatQheat=kheat·Aheat·(Theat-Tsat)…………(E.14)Qheat—熱傳導(dǎo)過程能量輸入,單位為千焦每時(shí)(kJ/h);kheat—熱傳導(dǎo)系數(shù),單位為千焦每平方米開秒[kJ/(m2·K·s)];Aheat—熱傳導(dǎo)面積,單位為平方米(m2);Theat—外部最高溫度,單位為開(K);Tsat—泄放壓力下飽和溫度,單位為開(K)。b)開放池火,按式(E.15)計(jì)算:Qfire=43200Qfire=43200·F·AEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(0),f)iEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(8),e)2…………(E.15)Qfire—火災(zāi)過程能量輸入,單位為瓦(W);F—修正因子;Afire—火災(zāi)面積,單位為平方米(m2)。受限空間火災(zāi),按式(E.16)計(jì)算:式中:Qfire=43200·F·Afire……………(E.16)Qfire—火災(zāi)過程能量輸入,單位為千焦每秒(kJ/s);F—修正因子;Afire—火災(zāi)面積,單位為平方米(m2)。系數(shù)43200是基于試驗(yàn)獲得,條件為有足夠的消防保護(hù)措施和有能及時(shí)排走地面上泄漏物料的措施。如果條件不成立,則應(yīng)使用70900的系數(shù)。式中F取HG/T20570.2—1995中7.0.10.3(2)值。著火面積級(jí)數(shù)采用0.82,適用于大型設(shè)備不能完全被大火吞沒的工況,其他工況參照API2000取值。如果不考慮泄放過程溫度的變化,泄放量W按式(E.17)計(jì)算:17T/CCSAS049.2—2023W·l……(E.17)式中:Q—壓力系統(tǒng)能量輸入,包括Qheat和Qfire,單位為千焦每秒(kJ/s);vv—泄放壓力下蒸氣比容,單位為立方米每千克(m3/kg);vl—泄放壓力下液相比容,單位為立方米每千克(m3/kg);vgl—泄放壓力下兩相比容,單位為立方米每千克(m3/kg)。18T/CCSAS049.2—2023附錄F(規(guī)范性)兩相流泄放能力計(jì)算F.1簡化平衡速率模型(ERM)在使用簡化ERM進(jìn)行泄放計(jì)算時(shí),需進(jìn)行以下假設(shè):a)系統(tǒng)為蒸氣型;b)噴嘴內(nèi)部為湍流、無摩擦、發(fā)生阻塞流;c)噴嘴足夠長(>0.1m)以保證氣液兩相達(dá)到完全平衡(安全假設(shè));d)相間無滑移(保守假設(shè));e)泄放系統(tǒng)入口處為飽和液體,雖然G的計(jì)算對(duì)氣相分率不敏感,但入口處氣相分率不應(yīng)大于0.02;f)蒸氣相為理想氣體。其中,泄放能力G計(jì)算主要用到ERM法及簡化的ERM法,見式(F.1)~式(F.3)。G=EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up6(d),d)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up6(P),T)sEQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up6(T),C)lEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up5(s),s)0.5…………(F.1)式中:G—泄放能力,單位為千克每平方米秒[kg/(m2·s)];Ts—設(shè)定壓力下溫度,單位為開(K);Cls—液體設(shè)定壓力下的定壓比熱容,單位為千焦每千克開[kJ/(kg·K)]。其中,lnPs=a-…………(F.2)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up6(d),d)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up6(P),T)s=EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up6(bP),T2s)s…………(F.3)式中:b—lnP與-1/T關(guān)系圖中的斜率;Ps—設(shè)定壓力,單位為帕(Pa)。將dP/dT代入上式,即可得泄放能力G。將混合物當(dāng)作單組分來處理,代入克-克方程式,ERM計(jì)算式可簡化為式(F.4):G式中:G—泄放能力,單位為千克每平方米秒[kg/(m2·s)];hf—?dú)饣瘽摕?單位為千焦每千克(kJ/kg);Cls—液體的定壓比熱容,單位為千焦每千克開[kJ/(kg·K)];vgls—設(shè)定壓力下兩相比容,單位為立方米每千克(m3/kg)?！?F.4)著管道長度增加,Ψ減小。實(shí)際泄放能力需要根據(jù)出口管道乘以修正系數(shù)Ψ,由圖F.1給出,低于長度為零的管道,Ψ=著管道長度增加,Ψ減小。19T/CCSAS049.2—2023圖F.1兩相流通過管道時(shí)的修正系數(shù)F.2Tangren法Tangren法適用于氣體型兩相流泄放,僅適用無摩擦流動(dòng),因此需要用Omega法對(duì)摩擦效應(yīng)進(jìn)行修正。Tangren法建立在兩相流泄放的基礎(chǔ)上,適用于氣體體系泄放裝置的泄放能力的計(jì)算。該方法的假設(shè)條件如下:a)流體的流動(dòng)狀態(tài)理想,不考慮摩擦;b)不同相之間不發(fā)生滑移;c)氣體是理想氣體;d)氣體難溶解于液體中;e)相與相之間保持熱量平衡;f)兩相混合物是等溫的。假設(shè)條件f)意味著本法不同于HEM(假設(shè)絕熱流動(dòng)),但不會(huì)帶來太大的差異。等溫假設(shè)簡化了G的計(jì)算,DIERS給出了Tangren法的備選方法,假設(shè)絕熱流動(dòng),等價(jià)于HEM模型。首先按式(F.5)計(jì)算臨界壓力比:ηc=2.016+0.7-0.714………………(F.5)式中:ηc—臨界壓力比;α0—泄放裝置入口流體的空隙率。響,ηEQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up4(P),式)aEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(0),6)EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up5(Pa為大氣壓,P0),計(jì)算泄放能力G):為泄放壓力響,ηEQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up4(P),式)aEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(0),6)EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up5(Pa為大氣壓,P0),計(jì)算泄放能力G):為泄放壓力。G=………(F.6)式中:P0—泄放壓力,為設(shè)定壓力、最大允許超壓與大氣壓力之和,單位為帕(Pa);υ—比體積,單位為立方米每千克(m3/kg)。采用Omega法對(duì)摩擦效應(yīng)進(jìn)行修正。對(duì)于氣體體系,按式(F.7)計(jì)算ω:20T/CCSAS049.2—2023ω…………………(F.7)式中:ω—壓縮因子;α0—初始空隙率;k—?dú)怏w的絕熱指數(shù)。按式(F.8)計(jì)算K:K………………(F.8)式中:K—管路摩擦和管件導(dǎo)致的速度損失數(shù);f—摩擦因子;L—直管段長度,單位為米(m);Le—泄放管線入口、彎頭、閥門等典型部件等價(jià)長度Le,單位為米(m);d—管道直徑。根